TiO2具有价格便宜、稳定性好、无毒、氧化性强等特点,被认为是目前最为优良的半导体光催化材料之一。TiO2可广泛用于光降解污染物和染料敏化太阳能电池,此外它可以用于光解水制氢。自从Fujishima和Hond报道了TiO2电极在紫外光光照射下将水分解成氢气和氧气以来,TiO2材料在光解水制氢领域成为众多科研人员关注的焦点。但是,光照TiO2产生的光电子和空穴会很快复合,这大大限制了其在光解反应的效率。本论文采用水热法制备了TiO2纳米管,通过利用多壁碳纳米管和石墨烯等碳材料与之复合,制得复合光催化剂；同时探索制备了多壁碳纳米管和CdS共同复合的TiO2光催化剂。论文的主要成果如下：1、采用水热法成功制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)□TiO2纳米管(TiO2NTs)复合光催化剂,提出了以TiO2为基础的两种纳米管结构复合光催化剂的涉及思路。通过XRD、透射电镜、紫外-可见漫反射吸收光谱、拉曼光谱等手段对MWCNTs/TiO2NTs的结构及对光的吸收性能进行了表征。实验结果表明：直径为8-15nm,长度为80-120nm均匀的锐钛矿晶形TiO2NTs包覆在MWCNTs管壁上,这种结构增加了体系的表面积。拉曼光谱中特征峰的蓝移和宽化表明了在TiO2NTs和MWCNTs表面生成了特定的结构。由紫外-可见漫反射吸收光谱可表明该复合材料对紫外-可见光的吸收优于P25。以氙灯为光源,Na2S和Na2SO3为牺牲剂进行光解水实验,结果表明：随着MWCNTs的含量增加,光催化制氢性能增加,当含量超过最优值后,光催化活性下降。在本实验中,当MWCNTs的含量为1%时,MWCNTs/TiO2NTs有最大的光解水制氢效率,达到了161μmol·h-1·g-1,为P25的1.8倍。同时,此催化剂有着良好的稳定性。2、提出了一步还原法制备石墨烯(GS)/TiO2NTs复合光催化剂的方法。通过透射电镜、紫外-可见漫反射吸收光谱、拉曼光谱、红外光谱对其进行了表征。研究表明,实验成功制备了石墨烯/TiO2NTs复合光催化剂,TiO2NTs复合在石墨烯片层结构上,这种结构有利于光生电子的转移。石墨烯与石墨粉相比有着很大的比表面积,这是由层状碳原子之间的平均距离大大增加造成的。热重分析显示,实验所制备的GS/TiO2NTs催化剂有着良好的热稳定性。光解水制氢结果表明,紫外-可见光照射下,GS/TiO2NTs复合光催化材料的光催化分解水产氢速率为179.4μmol·h-1·g-1,高于GO/TiO2NTs的产氢速率(155.4μmol·h-1·g-1),两者都远大于同条件下P25的产氢速率(87.6μmol·h-1·g-1)。这说明GS及GO有效地起到了传递光生电子的作用,这种复合光催化剂在光解水制氢等方面有广阔的应用前景。3、通过溶胶-凝胶法制备了MWCNTs修饰的含有不同CdS含量的1%MWCNTs/CdS/TiO2复合光催化剂。SEM结果表明MWCNTs的加入能够降低催化剂的粒径,提高了催化剂的分散性,这种结构有利于光的吸收,提高光催化剂的催化活性,适量的CdS有效提高了催化剂对可见光的利用率。结果表明,MWCNTs的引入使得光解水产氢量(14.0μmol)增加,与未加入MWCNTs的复合光化剂产氢量(11.6μmol)相比,平均产氢率增加了18%,最高可达21%。而在制备的1%S WCNTs/CdS/TiO2复合光催化剂体系中发现,当催化剂中的CdS的含量较多时(为Ti02质量的30%、100%),SWCNTs的加入反而使体系光解水性能下降。这说明CdS所占的量是一个重要的参数,当多种材料共同复合时,只有各种材料比例恰当,才能获得高的催化性能。